ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 2
Тема: «Основные законы термодинамики. Факторы, определяющие направление протекания химической реакции»
1. Цель:
1.1. Закрепить теоретический материал по теме.
1.2. Получить практические навыки в решении задач с использованием справочных данных.
2. Теоретические сведения:
Термодинамика занимается изучением энергии, превращениями энергии из одной формы в другую, вопросами использования энергии с целью получения полезной работы. Химическая термодинамика изучает превращения энергии в химических реакциях и способность систем выполнять полезную работу.
Первый закон термодинамики — Закон сохранения энергии: энергия не создается и не уничтожается, но может превращаться из одной формы в другую. Следовательно, система не может ни создавать, ни уничтожать энергию. Математическое выражение 1-го закона термодинамики: U=Q+A.
Пусть система изолированная. Р и Т – постоянны, Q=U+А, как мы определили выше А=-PV, тогда Q=U+PV=(U2-U1)+P(V2-V2)=(U2+PV2)-(U1+PV1). Обозначим U+PV=Н. Величина Н называется энтальпией.
Q=H2-H1=H. Таким образом энтальпия - теплосодержание системы (тепловой эффект реакции, протекающей в системе) при постоянном давлении.
Все термохимические расчеты производятся на основании закона Гесса (1840): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода. Чаще пользуются следствием из закона Гесса: Тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов за вычетом суммы теплот образовании исходных веществ.
Теплота образования данного соединения - тепловой эффект образования 1 моля вещества из простых веществ в их устойчивом состоянии при стандартных условиях. Стандартные условия: температура 25С (298К), давление 1 атм. (760 мм.рт.ст., 101,3 кПа). Энтальпия образования стандартные табличные значения, которые приводятся в справочниках. Энтальпия образования простого вещества принята равной 0.
Термохимическое уравнение – уравнение химической реакции, в котором обязательно указывается агрегатное состояние вещества и численные значения тепловых эффектов.
Тенденцию к беспорядку характеризует величина, называемая энтропией Размерность S Дж/моль K. S =Q/T.
Для определения величины изменения энтропии также используется следствие из закона Гесса.
Второй закон термодинамики: самопроизвольно могут протекать процессы, сопровождающиеся увеличением суммарной энтропии системы и ее окружения. Этот закон является одним из наиболее общих положений всей науки в целом. Существует много различных формулировок этого закона. Основная мысль этих формулировок: в любой изолированной системе с течением времени происходит постоянное изменение энтропии, т.е. самопроизвольно могут протекать процессы, сопровождающиеся увеличением энтропии.
Следовательно, для определения возможности протекания процесса важно знать как изменение энтальпии, так и изменение энтропии. При постоянных давлении и температуре движущая сила процесса (энергия Гиббса) или мера химического сродства: G=(H2-H1)-(TS2-TS1) G=H-TS математическое выражение второго закона термодинамики, где G - энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал), кДж/моль; H - изменение энтальпии, кДж/моль; Т - абсолютная температура, К; S - изменение энтропии, Дж/мольК.
Энергия Гиббса также является функцией состояния, поэтому ее изменение при стандартных условиях вычисляется.
Если G<0 процесс протекает самопроизвольно (реакция протекает в прямом направлении), G>0 процесс протекает несамопроизвольно (реакция протекает в обратном направлении), G=0 процесс находится в состоянии равновесия.
3. Задания:
1. Определить тепловой эффект реакции 2NaOH + H2SO4=Na2SO4 + 2H2O,
если тепловые эффекты реакций NaOH + H2SO4=NaHSO4 + H2O и
NaHSO4 + NaOH= Na2SO4 + H2O равны соответственно 128, 5 кДж и 75,4 кДж.
2. Определить тепловой эффект реакции 3Ni + Al2O3=3NiO + 2Al, если энтальпии оксидов алюминия и никеля равны соответственно 128кДж и 106,9кДж.
3. Определить стандартное изменение энергии Гиббса реакции
СuO + Ca =CaO + Cu, если GCuO=128,5кДж и GCaO=389,4кДж. В какую сторону самопроизвольно протекает эта реакция?
4. Определить изменение энергии Гиббса реакции CuO + CO=Cu + CO2 при
стандартных условиях, если HCuO=-126,9кДж, HCO=-128кДж, HCO2=-236кДж. В какую сторону самопроизвольно будет протекать эта реакция?
5. Напишите термохимическое уравнение взаимодействия никеля с серной
кислотой при стандартных условиях, если H реакции – 2346кДж.
6. В какую сторону самопроизвольно протекает реакция
Fe2O3 + 2Al=Al2O3 +2Fe + 124,7кДж, если GAl2O3=236,8кДж, GFe2O3=-167кДж.
7. Определить теплоту образования воды, если тепловой эффект реакции
2C2H2 + 5O2 = 2H2O + 4CO2 равен 2365,9кДж, а теплоты образования C2H2 и CO2 – 124,6кДж и 209кДж.
4. Содержание отчета:
4.1. Наименование и цель работы
4.2. Выполненное задание
4.3. Ответы на контрольные вопросы
5. Контрольные вопросы:
5.1.Что изучает химическая термодинамика?
5.2. Сформулировать первый закон термодинамики.
5.3. Сущность второго закона термодинамики.
5.4. Сформулировать закон Гесса.
5.5. Энергия Гиббса.
